Tài liệu điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP Ngành: ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Giảng viên hướng dẫn : TS VÕ ĐÌNH TÙNG Sinh viên thực hiện : VÕ VĂN HIỀN MSSV : 1515010048 Lớp : 15HDT01 TP. Hồ Chí Minh, 2017 BM03/QT05/ĐT-KT Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1. Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP 2. Giảng viên hướng dẫn: TS.Võ Đình Tùng 3. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (1) Võ Văn Hiền MSSV: 1515010048 Ngành : Điện tử Chuyên ngành : Điện tử viễn thông Tuần lễ Nội dung Ngày 25/09-1/10 Định hướng chọn đề tài 2/10-8/10 Chọn đề tài thực hiện 9/10-15/10 Chuẩn bị linh kiện 16/10-22/10 Vẽ mạch in 23/10-29/10 Hoàn tất mạch in và gắn linh kiện 30/10-5/11 Viết chương trình cho atmega8 6/11-12/11 Cài đặt và viết chương trình cho visual basic 6.0 Lớp: 15HDT01 Nhận xét của GVHD (Ký tên) 1 2 3 4 5 6 7 Kiểm tra ngày: Đánh giá công việc hoàn thành: …………..% Được tiếp tục:  13/11-19/11 Chạy thử nghiệm và chỉnh sữa 20/11-26/11 Tham khảo tài liệu viết báo cáo theo font của nhà trường 9 10 Không tiếp tục:  BM03/QT05/ĐT-KT Tuần lễ Ngày Nhận xét của GVHD (Ký tên) Nội dung 27/11-3/12 Chỉnh sửa báo cáo và hoàn tất báo cáo 4/12-10/12 Chuẩn bị và làm mô hình 11/12-17/12 Chỉnh sữa hoàn chỉnh 18/12-24/12 hoàn tất đề tài 11 12 13 14 Giảng viên hướng dẫn phụ (nếu có) (Ký và ghi rõ họ tên) TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) BM04/QT05/ĐT-KT Viện Kỹ thuật Hutech BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện) 1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 1 ): (1) Võ Văn Hiền ......................................... MSSV: 1515010048 ........... Lớp:15HDT01 (1)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ (2)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ 2. 3. 4. 5. Ngành : điện tử ................................................................................................... Chuyên ngành : điện tử viễn thông ................................................................................. Tên đề tài: Điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp ............................................. .......................................................................................................................................... Tổng quát về ĐA/KLTN: Số trang: 84 ................... Số chương: 5 ...................................... Số bảng số liệu: ....................... Số hình vẽ: 45 .................................... Số tài liệu tham khảo: 3 ..................... Phần mềm tính toán: visual basic 6.0 ............... Số bản vẽ kèm theo: ....................... Hình thức bản vẽ: ........................................ Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: 1 mô hình phần cứng ..................................................... Nhận xét: a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... b) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... c) Những hạn chế của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... Đề nghị: Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm)  Không được bảo vệ  TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN. BM05/QT05/ĐT-KT Viện kỹ thuật Hutech BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (GVPB nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện) 1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 1): (1) Võ Văn Hiền .......................................... MSSV: 1515010048 .......... Lớp:15HDT01 (1)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ (2)........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ 2. Tên đề tài: Điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp ........................................................ ..................................................................................................................................................... 3. Nhận xét: a) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... b) Những hạn chế của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... 4. Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không được bảo vệ  5. Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng: (1) .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... (2) .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... (3) .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN. LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan tất cả hình ảnh và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc và được phép công bố. LỜI CẢM ƠN  Để luận văn này đạt kết quả tốt đẹp, em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của thầy TS. Võ Đình Tùng. Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Trước hết em xin gửi tới các thầy cô khoa cơ điện-điện tử trường Đại học công nghệ thành phố Hồ Chí Minh lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô, đến nay em đã có thể hoàn thành luận văn, đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trang trại nông nghiệp”. Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, luận văn này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này. Em xin chân thành cảm ơn! Mục lục LỜI MỞ ĐẦU ........................................................... Error! Bookmark not defined. 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................. Error! Bookmark not defined. 2. Mục đích nghiên cứu....................................... Error! Bookmark not defined. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ...................................... Error! Bookmark not defined. 4. Phương pháp nghiên cứu ................................ Error! Bookmark not defined. 5. Các kết quả đạt được của đề tài ...................... Error! Bookmark not defined. 6. Kết cấu của đồ án : .......................................... Error! Bookmark not defined. Chương 1: MÔ TẢ TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆPError! Bookmark not defined. 1.1 Mô tả ............................................................ Error! Bookmark not defined. 1.2 Yêu cầu từng loại cây .................................. Error! Bookmark not defined. 1.3 Tưới phun sương tự động ............................ Error! Bookmark not defined. 1.4 Cường độ ánh sáng ...................................... Error! Bookmark not defined. 1.4.1 ÁNH SÁNG BAO NHIÊU là đủ cho các loại cây trồng ?............ Error! Bookmark not defined. CÂY CÓ THỂ chịu quá nhiều ánh sáng?Error! Bookmark not defined. 1.4.2 1.5 Nhà kính ..................................................... Error! Bookmark not defined. 1.5.1 Vật liệu kính .......................................... Error! Bookmark not defined. 1.5.2 Loại khí hậu và thiết kế nhà kính phù hợpError! Bookmark not defined. 1.6 Nhiệt độ trong nhà lưới ................................ Error! Bookmark not defined. 1.7 Nóc mái ........................................................ Error! Bookmark not defined. 1.8 Bộ thổi khí ................................................... Error! Bookmark not defined. 1.9 Cây cà chua .................................................. Error! Bookmark not defined. 1.9.1 Làm đất: ................................................. Error! Bookmark not defined. 1.9.2 Mật độ trồng: ......................................... Error! Bookmark not defined. 1.10 Dưa lê ( Kim cô nương) ............................. Error! Bookmark not defined. 1.10.1 Thời vụ: ............................................... Error! Bookmark not defined. i 1.10.2 Cách ngâm ủ hạt: ................................. Error! Bookmark not defined. 1.10.3 Thu hoạch: ........................................... Error! Bookmark not defined. Cây dưa leo (dưa chuột) ............................ Error! Bookmark not defined. 1.11 1.11.1 Thời vụ ................................................ Error! Bookmark not defined. 1.11.2 Cách Trồng cây dưa leo (dưa chuột) .. Error! Bookmark not defined. Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN ...................... Error! Bookmark not defined. 2.1 Vi điều khiển Atmega8 ................................ Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Hệ thống xung clock và lập trình bộ nhớ on-chipError! Bookmark not defined. 2.1.3 Các bộ phận ngoại vi khác ................. Error! Bookmark not defined. 2.2 Chip DS1307 ............................................... Error! Bookmark not defined. 2.3 LCD HD44780 ............................................ Error! Bookmark not defined. 2.4 Relay ............................................................ Error! Bookmark not defined. 2.4.1 Giới thiệu .............................................. Error! Bookmark not defined. 2.4.2 Các loại relay và cách xác định trạng thái của nóError! Bookmark not defined. 2.4.3 Thông số của một module relay............ Error! Bookmark not defined. 2.4.4 Cách sử dụng relay ............................ Error! Bookmark not defined. 2.5 Cảm biến DHT11 ...................................... Error! Bookmark not defined. Chương 3: TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ .................... Error! Bookmark not defined. 3.1 Sơ đồ khối .................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2 Chức năng các khối................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Khối điều khiển: ................................. Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Khối thu tín hiệu: ................................ Error! Bookmark not defined. 3.2.3 Khối điều khiển động cơ: ................... Error! Bookmark not defined. 3.2.4 Khối hiển thị thông tin: ....................... Error! Bookmark not defined. 3.3 Cảm biến mưa ........................................... Error! Bookmark not defined. ii 3.3.1 Mô tả: ................................................. Error! Bookmark not defined. 3.3.2 Nguyên lý hoạt động: ......................... Error! Bookmark not defined. 3.3.3 ứng dụng: ............................................ Error! Bookmark not defined. 3.4 Khối hiển thị LCD .................................... Error! Bookmark not defined. 3.5 Sơ đồ nguyên lý ......................................... Error! Bookmark not defined. 3.6 Nguyên lý hoạt động ................................ Error! Bookmark not defined. Chương 4: THI CÔNG MẠCH ................................. Error! Bookmark not defined. 4.1 Phần mềm vẽ mạch ................................... Error! Bookmark not defined. 4.2 Mạch in layout và thực tế ......................... Error! Bookmark not defined. 4.3 Lưu đồ giải thuật ....................................... Error! Bookmark not defined. Chương 5: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂNError! Bookmark not defined. 5.1 Ứng dụng vào thực tế................................ Error! Bookmark not defined. 5.2 Đánh giá .................................................... Error! Bookmark not defined. 5.3 Hướng phát triển ....................................... Error! Bookmark not defined. Tài liệu tham thảo...................................................... Error! Bookmark not defined. Phụ lục ....................................................................... Error! Bookmark not defined. iii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 1.1: Luống cây trồng trong nhà kín Hình 1.2: Hướng nhà kính Hình 1.3: Bố trí khoảng cách 4 luống trồng trong nhà lưới Hình 1.4: Bố trí vòi tưới phun sương Hình 1.5: Sơ đồ lắp đặt vòi phun, van điện và đường ống dẫn nước Hình 1.6: Hệ thống nóc nhà kín khi mở để thoát hơi nóng Hình 1.7: Hệ thống thổi khí mát trong nhà kính Hình 1.8: Cà chua được trồng trong nhà kính Hình 1.9: Dưa lê trồng trong nhà kính Hình 1.10: Dưa leo trồng trong nhà kính Hình 2.1: Chíp Atmega8 Hình 2.2: Các nguồn dao động của atmega8 Hình 2.3: Sử dụng thạch anh ngoài Hình 2.4: bộ truyền dữ liệu nối tiếp USART Hình 2.5: Tín hiệu tương đương của UART và RS232 Hình 2.6: Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp Hình 2.7: Chíp DS1307 Hình 2.8: Hai gói cấu tạo chip DS1307 Hình 2.9: Mạch ứng dụng đơn giản của DS1307 Hình 2.10: Tổ chức bộ nhớ của DS1307 Hình 2.11: Tổ chức các thanh ghi thời gian Hình 2.12: Cấu trúc DS1307 Hình 2.13: Hình dáng của 2 loại LCD thông dụng iv Hình 2.14: sơ đồ chân của LCD Hình 2.15: Relay Hình 2.16: Module relay kích ở mức cao Hình 2.17: Module relay kích ở mức thấp Hình 2.18: DHT11 cảm biến nhiệt độ độ ẩm Hình 2.19: Sơ đồ kết nối Vi xử lý với DHT11 Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch Hình 3.2: sơ đồ của relay 5v Hình 3.3: sơ đồ điều khiển relay dung transistor C1815 Hình 3.4: sơ đồ DS1307 Hình 3.5: chương trình giao tiếp AVR và DS1307 Hình 3.6: sơ đồ cảm biến mưa Hình 3.7: sơ đồ hiện thị LCD Hình 3.8: sơ đồ nguyên lý Hình 4.1: trình biên dịch keli C Hình 4.2: chương trình visual basic 6.0 Hình 4.3: Mạch in layout Hình 4.4: Mạch thực tế. Hình 4.5: lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống tưới phun sương Hình 4.6: lưu đồ thuật toán điều khiển nóc mái và rèm che Hình 5.1: Khuôn viên khu nông nghiệp công nghệ cao tây bắc Củ Chi Hình 5.2: Nhà kín trong khu nông nghiệp công nghệ cao v Luận văn tốt nghiệp năm 2017 LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các quốc gia trên thế giới đang phải đối mặt với những thách thức rất lớn trong việc đáp ứng nhu cầu lương thực cho người dân khi mà ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch đang làm cho ngành sản xuất nông nghiệp gặp rất nhiều khó khăn. Nhìn về tương lai, việc sản xuất nông nghiệp phải đi với việc gia tăng sản lượng, giảm nhập khẩu từ nước ngoài, bảo tồn đất, và nâng cao nhận thức của người dân về việc đoàn kết và tiến tới tự sản xuất lượng thực tại chỗ. ý tưởng về một “trang trại nổi thông minh” như là một tầm nhìn tương lai của việc sản xuất và kinh doanh trong lĩnh vực nông nghiệp. Ý tưởng về mô hình sản xuất nông nghiệp này không nhằm thay thế hoàn toàn cách thức sản xuất nông nghiệp truyền thống vì nó sẽ được triển khai ngay tại nơi canh tác truyền thống và không ảnh hưởng đến việc sử dụng quỹ đất để sản xuất nông nghiệp. Hệ thống này sẽ cung cấp thực phẩm tươi, sạch (organic) tại chỗ cho người tiêu dùng. Đây là một hệ thống được vận hành tự động, bền vững, và họ hy vọng sẽ cung cấp nguồn thực phẩm tốt nhất cho sức khỏe của người tiêu dùng. Hệ thống trồng rau sạch tư động có sử dụng hệ thống tưới phun mưa tự động tưới nước hằng ngày có đồng hồ hẹn giờ giảm nhân công lao động cho việc chăm sóc cây trồng hằng ngày 2. Mục đích nghiên cứu Tưới phun mưa giúp tiêt kiệm một lượng nước khổng lồ, tiết kiệm hơn 80% lượng nước cần tưới năng suất lao động tang cao nhờ tiết kiệm công tưới , tưới phun mưa đáp ứng tốt yêu cầu sinh lý của cây về nước cũng như lớp đất có bộ rễ cây hoạt động, và bề mặt lá đều được tưới và làm sạch bụi bám rên lá cây trồng sinh trưởng tốt. Ngoài ra hệ thống nhà kính giúp người nông dân kiểm soát các điều kiện khí nhậu như nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kín, đạt được các tiêu chí như Vietgap trong chăn nuôi trồng trọt, góp phần tạo ra sản phẩm hàng hoá cao hơn và thực tế đã mang lại nhiều hiệu quả kinh tế, được khuyến khích, áp dụng tại các địa phương trong cả nước. 1 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 Trong một hệ thống làm mát nhà kín, các thành phần chính là tấm giấy cooling pad và quạt công nghiệp, vai trò của tấm làm mát cooling pad là tạo độ ẩm, lọc không khí, làm giảm nhiệt độ không khí lưu thông trong nhà kín, các yếu tố như tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm có thể được cài đặt tự động thông qua bộ điều khiển với các cảm biến nhiệt, vì vậy, khối lượng không khí trong nhà kín được thay đổi liên tục và luôn tươi mới dễ chịu. Nếu trong môi trường khí hậu khắc nghiệt, không đảm bảo những điều kiện khí hậu, cây trồng thường xuyên tiếp xúc với môi trường nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp và nguy hại nhất là thay đổi nhiệt độ đột ngột thì cây trồng bị èo uột, phát triển không đều và dễ bị chết. Chi phí đầu tư ban đầu tương đối cao tuy nhiên hiệu quả mang lại còn cao hơn rất nhiều. Ngoài các điều kiện tổ chức xây dựng cơ bản, các thiết bị trong trang trại được tự động hoá giúp giảm chi phí lao động. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài này sẽ nghiên cứu về hệ thống tự động tưới khi độ ẩm trong nhà kính xuống thấp hơn độ ẩm cài đặt và quạt thông gió giảm nhiệt độ trong nhà kính khi nhiệt độ trong là kính lên cao hơn mức quy định. Nhiệm vụ cụ thể cua nghiên cứu này là mình tìm hiểu những loại cây trồng sẽ được trồng trong nhà kính, điều kiện tốt nhất về độ ẩm và nhiệt độ để tao môi trường tốt nhất cho cây phát triển 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng internet và các tài liệu để tìm hiểu đặc tính từng loại cây trồng cũng như tìm hiểu điều kiện phát triển cua từng loại như nhiệt độ, độ ẩm… Sử dụng phần mềm visual basic 6.0 để giao tiếp và giám sát 5. Các kết quả đạt được của đề tài Khu vườn ngoài trời và trong nhà kính có lợi thế và bất lợi khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu và yêu cầu cụ thể của người làm vườn . Cũng có những lợi thế và bất lợi cho các loại nhà kính được sử dụng. Mùa vụ: 2 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 Sử dụng nhà kính để mở rộng mùa trồng trọt. Điều này giúp trồng sớm và thu hoạch trễ . Sử dụng nhà kính để trồng nhiều loại thực vật vì khả năng điều khiển chính xác khí hậu và đất. Quản lý là cần thiết cho nhà kính trong những tháng nghỉ ngơi để đảm bảo điều kiện thích hợp được duy trì. Điều kiện phát triển: Sử dụng nhà kính là một lợi thế cho việc kiểm soát sâu bệnh . Kiểm soát nấm hoặc vi khuẩn trong không khí từ các nguồn bên ngoài , chúng vẫn có thể nhập vào nhà kính nếu gió được phép vào nhà kính. Kiểm soát chính xác nhiệt độ và điều kiện phát triển là cần thiết cho phát triển thảm thực vật chung cho các vùng đang phát triển . Giống cây trồng trong nhà kính khi bạn muốn tránh hạt bị thổi bay đi hoặc bị chim và động vật ăn. Cấu trúc nhà kín: Sử dụng kính thủy tinh cho một cấu trúc lâu dài là cần thiết. Sử dụng polyhouses (màng nhà kính PE) khi cần di chuyển thuận lợi, bởi vì trọng lượng nhẹ và dễ dàng hơn để di chuyển đến một vị trí mới. Nhà kính có thể được xây dựng như một phần của nơi cư trú , vì vậy bạn không bao giờ rời khỏi nhà để làm việc trong vườn. Trong lòng đất vườn tốt nhất cho việc tích hợp vào cảnh quan hiện tại. Vị trí: Khu vườn ngoài trời có thể được điều chỉnh, thích nghi và thay đổi theo nhu cầu cụ thể trong khi nhà kính thì xây dựng cố định. Sử dụng một nhà kính đối với nơi làm vườn là hạn chế về đất đai hoặc không gian. Thiết lập nhà kính ở các khu vực mở nơi ánh sáng mặt trời đầy đủ có thể được sử dụng ; nhà kính phải có ánh sáng mặt trời trực tiếp là phương tiện phát triển hiệu quả. Yêu cầu quy hoạch có thể được hạn chế hơn. Bảo trì: Nhà kính có thể yêu cầu bảo dưỡng lớn hơn so với đất vườn như cách chống lại nhiệt độ lạnh và gió mạnh. Trong khi đất vườn bị nhiều cỏ dại và kiểm soát dịch hại nhưng có thể được duy trì bằng cách sử dụng phương pháp cơ học trong khi nhà 3 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 kính cần làm cỏ tay và phòng ngừa. Nhà kính có nhiều chịu khô hạn hơn đất vườn nhưng có thể xây dựng nhiệt độ một cách nhanh chóng vì không gian hạn chế . Chi phí: Xây dựng một nhà kính sẽ đắt hơn trong các thiết lập ban đầu so với bắt đầu một khu vườn trên mặt đất. Chi phí phát triển có thể được mở rộng thông qua một khung thời gian lớn hơn bằng cách sử dụng hiệu ứng nhà kính . Chi phí của thất bại có thể cao hơn với trên đất vườn do điều kiện môi trường không kiểm soát được . Chi phí cây trồng có thể được giảm bằng cách sử dụng hiệu ứng nhà kính vì vấn đề môi trường có thể được kiểm soát. Loại chất liệu che phủ lợp nhà kính: Chi phí xây dựng nhà kính có thể thay đổi rất nhiều vì các vật liệu có sẵn . Sử dụng màng nhà kính PE polyethylene ( polyhouse ) nhà kính cho chi phí thấp hơn trong việc xây dựng và sưởi ấm. Cho điều kiện ánh sáng giảm và tăng độ ẩm khi sử dụng loại nhà kính so với một nhà kính thủy tinh. Kính nhà kính đóng khung làm tăng chi phí phát triển. Ưu điểm của kính so với polyethylene là lượng ánh sáng truyền qua với cây trồng và bảo vệ từ thời tiết. 6. Kết cấu của đồ án : Gồm 5 chương: Chương 1: mô tả trang trại nông nghiệp Chương 2: giới thiệu linh kiện Chương 3: tính toán và thiết kế Chương 4: thi công mạch Chương 5 : đánh giá và hướng phát triển 4 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 Chương 1: MÔ TẢ TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP 1.1 Mô tả Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở vận dụng các kết quả nghiên cứu của các công trình trong và ngoài nước để xây dựng hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động phục vụ sản xuất rau trong giai đoạn vườn ươm trong nhà lưới quy mô nhỏ với diện tích 70m2. Dựa trên quy trình công nghệ sản xuất rau an toàn trong nhà lưới và các số liệu thống kê, từ đó xây dựng bài toán điều khiển. Hệ thống được kiểm nghiệm và hiệu chỉnh nhiệt độ trong nhà lưới bằng cách sử dụng thiết bị đo do hãng KoBold chế tạo với độ chính xác đạt ±2,5% Hình 1.1: Luống cây trồng trong nhà kín 1.2 Yêu cầu từng loại cây Mỗi loại rau, hoa đều yêu cầu một giới hạn nhiệt độ để sinh trưởng và phát triển. Hiệu suất quang hợp của hầu hết các loại rau đều dừng lại ở nhiệt độ 30°C. Một số loại rau thực hiện quang hợp có hiệu quả ở 12 – 24°C, trong khi đó một số khác quang hợp tốt ở nhiệt độ 18 – 24°C. Ở nhiệt độ thích hợp đồng thời được cung cấp đầy đủ nước và dinh dưỡng thì cây có thể phát triển nhanh nhất. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều làm cho cây dừng sinh trưởng và có thể bị chết ở nhiệt độ thấp 5 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 (0°C) và nhiệt độ cao (40°C). Mỗi loài rau, hoa đều gặp phải ba ngưỡng nhiệt độ gồm nhiệt độ thích hợp, nhiệt độ thấp nhất và nhiệt độ cao nhất. Trong quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ với cây rau, Mac-côp (1957) đã đưa ra công thức: T = t ± 7°C (1) Trong đó: T – Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng của các loại rau. t – Nhiệt độ thích hợp cho các loại rau sinh trưởng trong ngày râm. Theo Mac-côp (1957), nhiệt độ thích hợp cho một số loại rau sinh trưởng trong những ngày râm như sau:  Dưa hấu, bí ngô, bí xanh, dưa bở, mướp: 25oC  Dưa chuột, cà chua, ớt, cà, đậu côve, bầu: 22oC  Hành tây, kiệu, tỏi, cần: 19oC  Khoai tây, đậu Hà Lan, xà lách, cà rốt, cần tây: 16oC  Cải bắp, cải củ, cải dầu: 13oC t + 7°C là nhiệt độ thích hợp cho cây sinh trưởng về ban đêm và cây vừa mọc khỏi mặt đất Yêu cầu của rau đối với nhiệt độ luôn thay đổi theo yếu tố môi trường như ánh sáng, độ ẩm, nồng độ CO2 trong không khí, chất dinh dưỡng trong đất va các điều kiện khác. Nếu nhiệt độ quá cao ta phải hạ nhiệt độ xuống bằng cách phun ẩm (khi phun ẩm, nhiệt độ tại mặt lá của cây trồng có thể giảm nhiệt độ từ 6 – 8°C). Yêu cầu của cây rau đối với nhiệt độ luôn thay đổi tùy theo từng thời kỳ sinh trưởng và phát triển 1.3 Tưới phun sương tự động Hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động là một trong những khâu quan trọng, quyết định sự thành công của toàn hệ thống sản xuất rau trong nhà lưới có mái che. Đặc biệt là các loại rau trong giai đoạn vườn ươm có rất nhiều đặc điểm thuận lợi cho sự phát sinh và phát triển của bệnh hại, cho nên vấn đề theo dõi và chăm sóc cây con trong vườn ươm cần phải được đặt lên hàng đầu. Việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương có ý nghĩa rất quan trọng trong việc duy trì độ ẩm, kiểm soát tỷ lệ các chất dinh dưỡng cũng như nồng độ các chất bảo vệ thực vật phun 6 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 tới cây rau. Bài báo cáo này giới thiệu kết quả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động theo thời gian và theo nhiệt độ. Khi hệ thống làm việc, người vận hành chỉ cần cài đặt thời gian tưới hoặc giá trị nhiệt độ mong muốn khi đó hệ thống sẽ tự động điều khiển quạt thông gió, bơm phun sương để liên tục đảm bảo các thông số đã cài đặt. Ngoài ra hệ thống cũng cho phép người vận hành có thể lựa chọn vị trí các luống rau cần tưới, thời gian tưới tùy theo nhu cầu của mỗi loại rau đối với hệ thống có nhiều loại rau được trồng trong cùng một nhà lưới. Trong điều kiện của vườn ươm, sự phát sinh, phát triển và lây lan các dịch bệnh do nhiều yếu tố ngoại cảnh như: Ẩm độ không khí trong vườn luôn cao, mật độ cây trong vườn dày đặc và giai đoạn này cây trồng rất dễ bị các vi sinh vật gây bệnh tấn công thông qua các bộ phận lá mầm. Vì vậy giai đoạn cây con trong vườn ươm là giai đoạn yêu cầu cần có những chế độ tưới đặc biệt; Không những cung cấp độ ẩm cho cây mà cần kết hợp hệ thống cung cấp dinh dưỡng, hệ thống phun thuốc bảo vệ thực vật và đặc biệt kích thước hạt nước tưới phun phải nhỏ để tránh rách, nát lá mầm cũng như thân non của cây Hệ thống phun sương tự động điều khiển này cho phép kiểm soát hàm lượng hóa chất hấp thụ vào cây trồng, tiết kiệm lượng nước tưới bằng việc cho phép người sử dụng lựa chọn thời gian và chế độ tưới phù hợp với từng loại cây trồng. Ngoài ra, hệ thống tưới phun sương tự động này còn rất phù hợp với các trang trại ươm cây giống, trồng các loại hoa mà yêu cầu kích thước giọt nước tưới đủ nhỏ để không gây dập nát, rách cánh hoa và các loại rau xanh hấp thụ dinh dưỡng qua lá. 1.4 Cường độ ánh sáng Hầu hết chúng ta biết rằng thực vật màu xanh lá cây cần ánh sáng để quang hợp, tăng trưởng và phát triển. Tuy nhiên đó không phải là tất cả vai trò của ánh sáng trong sự tăng trưởng và phát triển của cây. Thực vật phản ứng theo những cách khác nhau với cường độ và thời gian của ánh sáng. Hãy nhìn vào những cách mà ánh sáng ảnh hưởng đến tăng trưởng thực vật. 7 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 Quang hợp được định nghĩa là quá trình cây xanh carbohydrate được tổng hợp từ carbon dioxide và nước sử dụng ánh sáng như một nguồn năng lượng. Nó thực chất là một phản ứng chuyển hóa năng lượng. Các carbohydrate tạo thành một nguồn năng lượng được lưu trữ trong cây và có thể được chuyển đến rễ của cây, hoa trái của hoặc bất cứ nơi nào trong nơi tăng trưởng đang diễn ra. Nó được sử dụng như là một khối xây dựng trong sự phát triển và cung cấp năng lượng cho sự phát triển, hoạt động khác trong cây. Quang hợp diễn ra chỉ trong một phần màu xanh lá cây của cây và chỉ khi có ánh sáng và các yếu tố khác - nước và carbon dioxide cần thiết để tạo điều kiện cho quá trình này. Một nguồn cung cấp liên tục của cả hai nước và carbon dioxide là cần thiết tại các tế bào lá nơi quang hợp xảy ra. Trong khi mức carbon dioxide khi thời tiết lạnh trong nhà kính có thể giảm xuống như một kết quả của quang hợp trừ khi mức độ được bổ sung bằng cách trao đổi không khí , và thậm chí có thể bổ sung lượng khí carbon dioxide . Nhiều người trồng trong nhà kính, bỏ đói cây của họ cho carbon dioxide trong các nỗ lực để bảo tồn nhiệt độ bằng cách hạn chế hoặc loại bỏ các trao đổi không khí trong nhà kính. Hai lần trao đổi không khí một giờ đã được khuyến cáo cho nhà kính để giữ cho các cây và các thiết bị hoạt động đúng cách. Tuy nhiên, một số nông dân đã phát hiện ra rằng một nửa trao đổi không khí một giờ đã cung cấp một môi trường đạt yêu cầu. Một trao đổi không khí đầy đủ bao gồm thay thế tất cả các khí nhà kính với không khí bên ngoài, trong khi một nửa trao đổi không khí bao gồm trao đổi chỉ có một nửa không khí trong nhà kính. Khi không khí bên ngoài đang lưu thông trong là không khí mùa đông lạnh, nó phải được đun nóng. Mặc dù mặt trời sẽ giúp làm nóng nhà kính một số thời gian, hệ thống sưởi ấm nhà kính sẽ chịu phần lớn tải trọng nhiệt. 1.4.1 ÁNH SÁNG BAO NHIÊU là đủ cho các loại cây trồng ? Cây non cần ít ánh sáng hơn so với cây trưởng thành. Cây có thể được bắt đầu thành công theo một trong hai ánh sáng tự nhiên ở mức độ thấp hoặc ánh sáng nhân tạo. Rất lâu sau khi cây giống đã nảy mầm, và ngay cả trước khi lá thật đầu tiên có 8 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG